Terbium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Terbium zählt zu den selteneren Lanthanoiden, ist in der Erdkruste aber noch häufiger als Gold und Silber zusammen. Man gewinnt es aus Xenotim, Monazit und Bastnäsit. Die Grundlagen zu den Seltenen Erden stehen bei Lanthan. Zur Trennung dient Ionenaustausch, und das Metall entsteht durch Reduktion des Fluorids mit Calcium.

Ytterby ist ein Ort auf der Insel Resarö bei Stockholm. In seinem Steinbruch fand man seit dem späten achtzehnten Jahrhundert ungewöhnliche Minerale. Vier Elemente tragen den Namen des Ortes: Yttrium, Ytterbium, Erbium und Terbium.

Carl Gustaf Mosander, der schon das Lanthan entdeckt hatte, untersuchte im Jahr 1843 die Yttererde aus Ytterby und zeigte, dass sie ein Gemisch ist. Neben dem weißen Yttriumoxid fand er zwei weitere Oxide, die er Erbia und Terbia nannte. Im Lauf der Forschung wurden die Namen Erbium und Terbium vertauscht, sodass die heutige Zuordnung nicht mehr der ursprünglichen entspricht. Reines Terbium konnte man erst im zwanzigsten Jahrhundert herstellen.

Eigenschaften und Reaktionen

Terbium ist das neunte Lanthanoid. Es steht in Periode 6, links neben ihm liegt Gadolinium und rechts Dysprosium. Die Elektronenkonfiguration lautet [Xe] 4f⁹ 6s². Ein Messer genügt, um das Metall zu schneiden. Terbium wird bei 1356 °C flüssig und kocht bei 3230 °C. Mit einer Dichte von 8,23 g/cm³ ist es deutlich schwerer als das Lanthan am Anfang der Reihe, und der Atomradius sinkt hier auf 177 pm. An der Luft ist es für ein Lanthanoid recht beständig.

Neben Cer und Praseodym bildet Terbium auch vierwertige Verbindungen, etwa TbO₂ und TbF₄. Das Oxid, das an der Luft entsteht, ist Tb₄O₇ und dunkelbraun, es enthält beide Wertigkeiten. In Wasser gibt es dagegen nur Tb³⁺, denn vierwertiges Terbium wäre dort ein zu starkes Oxidationsmittel.

Das Tb³⁺-Ion leuchtet grün, mit der stärksten Linie bei etwa 545 Nanometern. Das Licht stammt von Elektronen tief im Inneren des Ions, in der 4f-Unterschale, und die Farbe ist deshalb fast unabhängig vom Material, in das Terbium eingebettet ist. Das Ion nimmt Licht selbst nur schwach auf. In Leuchtstoffen übernimmt ein zweites Element, meist Cer, die Aufnahme der Strahlung und gibt die Energie an das Terbium weiter.

Terbium ist außerdem magnetisch auffällig. Ferromagnetisch ist das Metall nur bei tiefen Temperaturen, aber in Legierungen mit Eisen verändert es im Magnetfeld sehr stark seine Form.

Verwendung in Alltag und Technik

Das grüne Leuchten nutzte man lange in Dreibanden-Leuchtstofflampen, die heute LEDs weichen. Die Lampe enthält ein rotes, ein grünes und ein blaues Material, und Terbium liefert das Grün, auf das unser Auge besonders empfindlich reagiert. In Röntgenverstärkerfolien wandelt ein terbiumhaltiger Leuchtstoff Röntgenstrahlen in grünes Licht um. Der Film wird so mit weniger Strahlung belichtet, und der Patient erhält eine geringere Dosis.

Im Terfenol-D steckt die Magnetostriktion. Jeder magnetische Stoff ändert in einem Magnetfeld ein wenig seine Länge, bei Eisen nur um Millionstel. Terfenol-D, eine Legierung aus Terbium, Dysprosium und Eisen, dehnt sich dagegen um bis zu etwa zwei Tausendstel seiner Länge. Der Name setzt sich zusammen aus Ter für Terbium, Fe für Eisen, NOL für das amerikanische Naval Ordnance Laboratory, wo es entwickelt wurde, und D für Dysprosium. Man baut daraus Sonarsender, Ultraschallgeber und Stellglieder, die sich sehr genau und kräftig bewegen, und sogar Lautsprecher, die eine Tischplatte schwingen lassen.

Terbium-Gallium-Granat-Kristalle drehen in einem Magnetfeld die Polarisation von Licht. Mit ihnen baut man optische Isolatoren, die Laserlicht in einer Richtung durchlassen und zurücklaufendes Licht sperren. Früher nutzten magnetooptische Speicherplatten wie die beschreibbare MiniDisc eine Terbium-Eisen-Cobalt-Schicht. Als Zusatz in hitzebeständigen Neodym-Magneten erfüllt Terbium ähnliche Aufgaben wie das Dysprosium.

Terbium und seine Verbindungen gelten als gering bis mäßig giftig. Pulver des Metalls ist brennbar.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Terbium (Tb)?

Häufige Fragen